探索DAC8830：16位超低功耗数模转换器的卓越性能

在电子设计领域，数模转换器（DAC）的性能对系统的整体表现起着关键作用。今天，我们将深入探讨德州仪器（Texas Instruments）的两款16位超低功耗电压输出DAC——DAC8830和DAC8831，了解它们的特性、应用以及工作原理。

文件下载：dac8830.pdf

特性亮点

高性能参数

• 分辨率与精度：这两款DAC均具备16位分辨率，能提供高精度的转换。例如，DAC8830ICD、DAC8831ICD和DAC8831ICRGY的线性误差低至±0.5 LSB（最大值±1 LSB），展现出出色的线性度。
• 低功耗设计：在3V电源下，典型功耗仅为15μW，非常适合对功耗敏感的应用。
• 低噪声与快速响应：噪声低至10 nV/√Hz，且能够在1.0μS内实现快速稳定，满足对信号质量和响应速度要求较高的场景。

接口与兼容性

• 高速SPI接口：支持高达50 MHz的SPI接口，可实现快速的数据传输，方便与DSP或微处理器进行通信。
• 复位功能：具备上电复位至零代码的功能，确保系统在启动时处于已知状态。
• 工业标准引脚配置：采用行业标准的引脚配置，便于在不同的设计中进行替换和升级。

应用领域

• 便携式设备：低功耗特性使其成为便携式设备的理想选择，如手持测试仪、移动医疗设备等。
• 自动测试设备：高精度和快速响应能力能够满足自动测试设备对信号精度和测试速度的要求。
• 工业过程控制：在工业过程控制中，可用于精确的模拟信号生成和控制。
• 数据采集系统：为数据采集系统提供高质量的模拟输出，确保采集数据的准确性。
• 光网络：在光网络中，可用于信号调制和控制，提高光通信的性能。

工作原理

架构设计

DAC8830和DAC8831的DAC架构由两个匹配的DAC部分组成，并采用分段设计。16位数据字的前4位经过解码，驱动15个开关，将15个匹配电阻连接到AGND或VREF；剩余的12位数据则驱动12位电压模式R - 2R梯形网络的开关。

输出范围

DAC的输出电压由公式 (V{OUT }=\left(V{REF } \times Code \right) / 65536) 确定，其中Code是加载到DAC锁存器的十进制数据字。

数字接口

这两款DAC采用标准的3线SPI接口，与SPI、QSPI™、Microwire™和TI DSP接口兼容，最高数据传输速度可达50 M - bits/sec。数据传输由片选信号CS控制，在CS为低电平时，数据通过SCLK的上升沿锁存到输入移位寄存器，MSB优先。

输出模式

单极性输出

DAC8830提供单极性输出，范围从0V到 (V_{REF})。DAC8831在单极性模式下也可实现类似的输出。单极性输出模式适用于只需要正电压信号的应用。

双极性输出

DAC8831通过连接外部缓冲器和运算放大器，可实现双极性输出（± (V{REF})）。在双极性输出模式下，需要注意匹配双极性偏移电阻 (R{FB}) 和 (R_{INV})，以确保输出的准确性。

设计要点

输出放大器选择

在双极性模式下，应选择具有低失调电压、低输入偏置电流、轨到轨输入和输出性能以及高3 dB带宽的精密放大器，以确保DAC的性能不受影响。

参考与接地

参考引脚应使用低阻抗源驱动，以避免因输入阻抗的代码依赖性而影响精度。同时，DAC8831提供了Kelvin感测连接，可提高性能。

电源和参考旁路

为了实现高精度的高分辨率性能，建议在参考和电源引脚使用10μF钽电容与0.1μF陶瓷电容并联进行旁路。

总结

DAC8830和DAC8831以其卓越的性能、丰富的功能和广泛的应用领域，为电子工程师提供了一个优秀的数模转换解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择输出模式、输出放大器和参考源，以充分发挥这两款DAC的优势。你在使用类似的DAC时遇到过哪些挑战？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。